DE602004009959T2

DE602004009959T2 - Gruppenantennensystem mit steuerbarer elektrischer neigung

Info

Publication number: DE602004009959T2
Application number: DE602004009959T
Authority: DE
Inventors: Louis David Malvern THOMAS; Philip Edward Haskell
Original assignee: Quintel Technology Ltd
Current assignee: Quintel Technology Ltd
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-10-30
Also published as: DE602004009959D1; JP4420928B2; BRPI0416263A; ATE377851T1; HK1099412A1; AU2004310213B2; GB0325987D0; US7420507B2; AU2004310213A2; CN1879254B; CN1879254A; RU2006119923A; WO2005048401A1; EP1680834B1; EP1680834A1; PL379763A1; TW200522437A; JP2007511124A; KR101111467B1; KR20060109892A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein phasengesteuertes Gruppenantennensystem mit steuerbarer elektrischer Neigung. Das Antennensystem ist für die Verwendung in vielen Telekommunikationssystemen geeignet, findet jedoch besonders in zellulären Mobilfunknetzen Verwendung, die im allgemeinen Mobiltelefonnetze genannt werden. Insbesondere, aber ohne darauf einzuschränken, kann das Antennensystem nach der Erfindung in Mobiltelefonnetzen der zweiten Generation (2G), wie etwa dem GSM-System, CDMA (IS95), C-AMPS (IS136) und PCS-Systemen und in Mobiltelefonnetzen der dritten Generation (3G) verwendet werden, wie etwa dem universellen Mobiltelefonsystem (UMTS) und in anderen zellulären Systemen.
Betreiber von zellulären Mobilfunknetzen setzen im Allgemeinen ihre eigenen Basisstationen ein, von denen jede wenigstens eine Antenne hat. In einem zellulären Mobilfunknetz sind die Antennen ein primärer Faktor bei der Definition des Sendegebietes, in dem Kommunikation mit der Basisstation stattfinden kann. Das Sendegebiet ist im Allgemeinen in eine Anzahl von Zellen aufgeteilt, von denen jede einer entsprechenden Antenne und einer Basisstation zugeordnet ist.
Jede Zelle enthält eine Basisstation zur Funkkommunikation mit allen mobilen Funkstationen (Mobiltelefonen) in dieser Zelle. Die Basisstationen sind durch andere Kommunikationseinrichtungen miteinander verbunden, gewöhnlich durch feste terrestrische Leitungen, oder Richtfunkverbindungen, die den mobilen Funkstationen ermöglichen, überall im Sendegebiet der Zelle miteinander zu kommunizieren, wie auch mit dem öffentlichen Telefonnetz außerhalb des zellulären Mobilfunknetzes.
Zelluläre Mobilfunknetze, die phasengesteuerte Antennengruppen verwenden, sind bekannt: eine solche Antenne umfasst eine Gruppe von Einzelantennenelementen (gewöhnlich acht oder mehr), wie etwa Dipolantennen oder Patch-Antennen. Die Antenne hat eine Strahlungscharakteristik, die eine Hauptkeule und Nebenkeulen enthält. Das Zentrum der Hauptkeule ist die Richtung mit maximaler Empfindlichkeit der Antenne im Empfangsmodus und die Richtung ihres abgestrahlten Hauptrichtstrahls im Sendemodus. Es ist eine wohlbekannte Eigenschaft einer phasengesteuerten Antennengruppe, dass, wenn Signale, die von den Antennenelementen empfangen werden, mit einer Verzögerung verzögert werden, die mit die mit dem Abstand der Elemente von einem Ende der Gruppe variiert, der Hauptrichtstrahl der Antenne in Richtung der ansteigenden Verzögerung gelenkt wird. Der Winkel zwischen den Zentren von Hauptrichtstrahlen, die Variation der Verzögerung gleich Null und ungleich Null entsprechen, das heißt, dem Neigungswinkel, hängt vom Ausmaß der Verzögerungsänderung über dem Weg entlang der Gruppe ab.
Die Verzögerung kann äquivalent durch Veränderung der Signalphase realisiert werden, daher der Ausdruck phasengesteuerte Gruppe. Der Hauptrichtstrahl der Antennenanordnung kann daher durch Einstellen der Phasenbeziehung zwischen Signalen verändert werden, die in die Antennenelemente gespeist werden. Dies ermöglicht, den Strahl zu lenken, um das Sendegebiet der Antenne zu modifizieren.
Betreiber von phasengesteuerten Antennengruppen in zellulären Mobilfunknetzen haben einen Bedarf, die vertikale Richtcharakteristik ihrer Antennen einzustellen, das heißt den Querschnitt der Richtcharakteristik in der vertikalen Ebene. Dies ist erforderlich, um den vertikalen Winkel des Hauptrichtstrahls der Antenne zu verändern, auch als die „Neigung" bekannt, um das Sendegebiet der Antenne einzustellen. Eine solche Einstellung kann z. B. erforderlich sein, um Änderungen der Struktur des zellulären Netzes oder der Anzahl von Basisstationen oder Antennen zu kompensieren. Die mechanische und elektrische Einstellung des Neigungswinkels der Antenne sind bekannt, sowohl einzeln, als auch in Kombination.
Der Neigungswinkel der Antenne kann mechanisch eingestellt werden, indem die Antennenelemente oder ihr Gehäuse (Radom) bewegt werden: dies wird Einstellen des Winkels der „mechanischen Neigung" genannt. Wie zuvor beschrieben kann der Neigungswinkel der Antenne elektrisch eingestellt werden, indem die Zeitverzögerung oder die Phase von Signalen verändert wird, die in alle Elemente der Antennengruppe (oder jede Gruppe von Elementen) ohne physikalische Bewegung eingespeist werden oder von ihnen empfangen werden: dies wird Einstellen des „elektrischen Neigungswinkels" genannt. Wenn sie in einem zellulären Mobilfunknetz verwendet wird, unterliegt die vertikale Richtcharakteristik (VRP, Vertical Radiation Pattern) einer phasengesteuerten Antennengruppe einer Anzahl von wichtigen Anforderungen:

1. Hoher Antennengewinn in Wirkrichtung;
2. eine erste obere Nebenkeule, die ausreichend gering ist, um Störung von mobilen Stationen zu vermeiden, die eine Basisstation in einer anderen Zelle verwenden;
3. eine erste untere Nebenkeule, die ausreichend groß ist, um Kommunikation in der unmittelbaren Nähe der Antenne zu ermöglichen;
4. Ausprägungen der Nebenkeulen, die innerhalb von zuvor festgelegten Grenzen bleiben, wenn die Antenne elektrisch geneigt wird.

Die Anforderungen stehen miteinander in Konflikt, z. B. erhöht die Steigerung des Antennengewinns in Wirkrichtung die Ausprägung der Nebenkeulen. Außerdem können sich die Richtung und die Ausprägung der Seitenkeulen verändern, wenn die Antenne elektrisch geneigt wird.
Für einen Wert von –18 dB bzgl. des Wertes in Wirkrichtung für die erste obere Nebenkeule wurde gefunden, dass dieser einen günstigen Kompromiss für die Leistung des Gesamtsystems bietet.
Die Auswirkungen des Einstellens entweder des mechanischen Neigungswinkels oder des elektrischen Neigungswinkels dienen dazu, die Wirkrichtung neu zu positionieren, sodass sie für eine Gruppe, die in einer vertikalen Ebene liegt, entweder über oder unter die Ebene der Horizontalen zeigt, und folglich das Sendegebiet der Antenne verändert. Es ist wünschenswert, die mechanische Neigung als auch die elektrische Neigung der Antenne einer zellulären Funkbasisstation variieren zu können: dies ermöglicht maximale Flexibilität bei der Optimierung des Sendegebiets der Zelle, da diese Arten der Neigung verschiedene Effekte auf das Sendegebiet am Boden und auch auf andere Antennen in unmittelbarer Nähe der Station haben. Außerdem wird die Effizienz des Betriebs verbessert, wenn der elektrische Neigungswinkel aus der Ferne von der Antenne eingestellt werden kann. Während der mechanische Neigungswinkel der Antenne durch Neupositionierung ihres Radoms eingestellt werden kann, erfordert die Veränderung ihres elektrischen Neigungswinkels zusätzliche Schaltkreise, die die Kosten und die Komplexität der Antenne erhöhen. Wenn darüber hinaus eine einzelne Antenne von mehreren Betreibern gemeinsam verwendet wird, ist es vorteilhaft, verschiedene elektrische Neigungswinkel für jeden Betreiber bereitzustellen.
Die Forderung nach einem individuellen elektrischen Neigungswinkel einer gemeinsamen Antenne hat bisher zu Kompromissen bei der Leistungsfähigkeit der Antenne geführt. Der Antennengewinn in Wirkrichtung sinkt proportional zum Kosinus des Neigungswinkels wegen einer Verringerung der effektiven Apertur der Antenne (dies ist unvermeidlich und geschieht bei allen Antennenauslegungen). Weitere Verringerungen des Antennengewinns in Wirkrichtung können sich als Konsequenz des Verfahrens ergeben, das verwendet wird, um den Neigungswinkel zu verändern.
R. C. Johnson, Antenna Engineers Handbook, 3^rd Ed 1993, Mc Graw Hill, ISBN 0-07-032381-X, Ch 20, 20–2. veröffentlicht ein bekanntes Verfahren zur lokalen oder ferngesteuerten Einstellung eines elektrischen Neigungswinkels einer phasengesteuerten Gruppenantenne. Bei diesem Verfahren wird ein Hochfrequenz(RF, Radio Frequency)-Trägersignal eines Senders in die Antenne gespeist und auf die abstrahlenden Elemente der Antenne verteilt. Jedem Antennenelement ist ein entsprechender Phasenschieber zugeordnet, sodass die Signalphase als Funktion des Abstands entlang der Antenne eingestellt werden kann, um den Winkel der elektrischen Neigung der Antenne zu variieren. Die Verteilung von Leistung auf die einzelnen Elemente wird, wenn die Antenne nicht geneigt ist, derart durchgeführt, dass die Ausprägung der Nebenkeulen und der Antennengewinn in Wirkrichtung eingestellt werden. Die optimale Steuerung des Neigungswinkels erhält man, wenn die Wellenfront für alle Neigungswinkel derart gesteuert wird, dass die Ausprägung der Nebenkeulen über den Bereich der Neigung nicht erhöht wird. Der Winkel der elektrischen Neigung kann mit einem Servo-Mechanismus, der die Phasenschieber steuert, ferngesteuert eingestellt werden, wenn dies erforderlich ist.
Diese Antenne nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hat eine Reihe von Nachteilen. Für jedes Antennenelement ist ein Phasenschieber erforderlich. Die Kosten der Antenne sind wegen der Anzahl der erforderlichen Phasenschieber hoch. Kostenreduktion, indem Verzögerungseinrichtungen auf Gruppen von Antennenelementen statt auf einzelne Elemente angewendet werden, erhöht die Ausprägung der Nebenkeule. Um Verzögerungen einzustellen, wird mechanische Kopplung von Verzögerungseinrichtungen verwendet, es ist jedoch schwierig, dies richtig auszuführen, darüber hinaus sind mechanische Verbindungen und Getriebe erforderlich, was zu einer nicht-optimalen Verteilung von Verzögerungen führt. Die Ausprägung der oberen Nebenkeule steigt, wenn die Antenne nach unten geneigt wird, was folglich eine potenzielle Quelle für Störungen von mobilen Stationen, die andere Basisstationen verwenden, entstehen lässt. Wenn die Antenne von mehreren Betreibern gemeinsam genutzt wird, haben die Betreiber einen gemeinsamen elektrischen Neigungswinkel statt verschiedener Winkel. Wenn schließlich die Antenne in einem Kommunikationssystem verwendet wird, das (wie es üblich ist) die Uplink-Verbindung und die Downlink-Verbindung auf verschiedenen Frequenzen betreibt (Frequenzmultiplex-Duplexsystem), ist der elektrische Neigungswinkel beim Senden von dem beim Empfangen verschieden.
Die internationalen Patentanmeldungen mit den Nummern PCT/GB2002/004166 , PCT/GB2002/004930 und GB0307558.7 beschreiben verschiedene Ansätze für das lokale oder ferngesteuerte Einstellen des elektrischen Neigungswinkels einer Antenne durch eine Phasendifferenz zwischen einem Paar von Speisesignalen, die mit der Antenne verbunden sind. PCT/GB2004/001297 betrifft das Einstellen der elektrischen Neigung, indem ein Trägersignal in zwei Signale aufgeteilt wird, wobei ein Signal in der Phase variabel gescho ben wird, und eine Umwandlung von Phase in Leistung auf die Signale, die sich ergeben, angewendet wird. Die umgewandelten Signale werden aufgeteilt und zur Speisung in Antennenelemente einer Umwandlung von Leistung in Phase unterworfen. Die elektrische Neigung wird eingestellt, indem die Phasenverschiebung zwischen den zwei Signalen eingestellt wird. PCT/GB2004/002016 betrifft ebenfalls das Einbringen einer variablen relativen Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen, die dann in Komponenten aufgeteilt werden: vektorielle Kombinationen der Komponenten werden gebildet, um entsprechende Speisesignale für Einzelantennenelemente bereitzustellen. Die elektrische Neigung wird hier wiederum eingestellt, indem die Phasenverschiebung zwischen den zwei Signalen variiert wird.
Es gibt jedoch ein Problem, das das Aufteilen von Hochfrequenzsignalen betrifft, das darin besteht, dass die Teilungsverhältnisse zu hoch sind, als dass sie in einem einzelnen Aufteilungsvorgang umgesetzt werden könnten: es kann zwei oder mehr kaskadierte Vorgänge erfordern, was die Größe des Schaltkreises, die Kosten und die Komplexität erhöht. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass Aufteiler realisiert werden, indem ein Mikrostreifenleiter auf einer Platine in schmalere Streifen mit im Vergleich zu dem Streifen vor der Aufteilung anderer Impedanz aufgeteilt wird. Die Impedanz eines Mikrostreifenleiters hängt mit der Streifenbreite über einen hochkomplizierten und empirischen Ausdruck zusammen, aber für eine typische Dicke eines Platinensubstrats wäre ein 50-Ohm-Streifen 2,8 mm breit. Der Streifen wird schmaler, wenn die Impedanz ansteigt, bis er zu schmal für eine zuverlässige Verbindung mit dem Substrat wird. Die Herstellung einer zuverlässigen Verbindung schlägt bei Streifenbreiten unterhalb von 0,2 mm fehl: diese Breite ergibt eine Impedanz von ungefähr 150 Ohm, was ein Teilerverhältnis von 9.5 dB darstellt, was deshalb vorteilhaft für einen einzelnen Aufteiler nicht überschrit ten wird. PCT/GB2004/001297 erfordert Teilerverhältnisse von 19 dB, was bedeutet, wenigstens zwei Aufteilungsvorgänge zu kaskadieren.
Andere potenzielle Probleme sind die folgenden: a) es sind mehr Ausgänge aus einem Aufteiler erforderlich, als in einem einzelnen Aufteiler umgesetzt werden können; b) stark variierende Teilerverhältnisse verringern den Frequenzbereich, über den eine Antenne geneigt werden kann, während eine vorteilhafte Ausprägung der unteren Seitenkeule beibehalten wird; und c) mehrere Aufteiler führen zu einem gemeinsamen Speisesignalnetz zu einer Antenne mit verschiedenen Langen der Speiseleitungen zu einzelnen Antennenelementen. Von diesen Problemen erfordert c), dass zusätzliche Komponenten eingesetzt werden, sodass die Signallaufzeit zu jedem Element gleich ist, um ein phasenneutrales Netz und eine optimierte Frequenzantwort zu erhalten. Alle dieser Probleme machen es wünschenswert, die Anzahl von Aufteilern und die Teilerverhältnisse zu verringern.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Form von phasengesteuerten Gruppenantennensystemen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein phasengesteuertes Gruppenantennensystem mit steuerbarer elektrischer Neigung, das eine Antenne mit mehreren Antennenelementen enthält, wobei das System folgendes aufweist:

a) eine Einrichtung, die zwei Basissignale mit variabler relativer Verzögerung zwischen diesen bereitstellt,
b) eine Aufteilungseinrichtung zum Aufteilen der Basissignale in Signalkomponenten,
c) eine erste Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der Signalkomponenten in umgewandelte Komponenten, die Leistungen haben, die mit der relativen Verzögerung variieren, und
d) eine zweite Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der umgewandelten Komponenten in Speisesignale für Antennenelemente, die Phasen haben, die von Antennenelement zu Antennenelement progressiv über die Antenne variieren, wenn der Antennenstrahl elektrisch geneigt ist, und die einzeln variieren, wenn die relative Verzögerung variiert.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sie ermöglicht, die elektrische Neigung mit einer einzelnen variablen relativen Verzögerung zu steuern, obwohl mehrere Verzögerungen verwendet werden können, wenn dies erforderlich ist, um den erreichbaren Bereich der elektrischen Neigung zu erhöhen, und sie erfordert relativ wenige Aufteilungsvorgänge.
Die erste Umwandlungseinrichtung kann aus mehreren hybriden Hochfrequenz-Koppeleinrichtungen („Hybridkopplern") bestehen, die dazu eingerichtet sind, Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten von beiden Basissignalen hat. Es können mehrere 180°-Hybridkoppler angeordnet werden, um Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten von beiden Basissignalen hat. Jedes Paar kann Signalkomponenten mit gleicher Stärke haben, wobei die Stärke der Komponente von jedem Paar nicht gleich der eines anderen Paares ist.
Die Hybridkoppler können erste Hybridkoppler sein, und die zweite Umwandlungseinrichtung kann mehrere zweite Hybridkoppler ent halten, die dazu eingerichtet sind, die Speisesignale für die Antennenelemente zu erzeugen. Die Aufteilungseinrichtung kann eine erste Aufteilungseinrichtung sein und die zweite Umwandlungseinrichtung kann eine zweite Aufteilungseinrichtung enthalten, die dazu eingerichtet ist, die Summen und Differenzen in Komponenten für die Eingabe in die zweiten Hybridkoppler aufzuteilen. Die erste Aufteilungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, jedes der Basissignale in drei Signalkomponenten aufzuteilen. Die zweite Aufteilungseinrichtung kann aus mehreren Zwei-Wege-Aufteilern bestehen.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Erfindung derart eingerichtet, dass alle Pfade für Basissignale zu Antennenelementen dieselbe Anzahl und dieselben Typen von Komponenten enthalten.
In einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einstellen der elektrischen Neigung eines phasengesteuerten Gruppenantennensystems, das eine Antenne mit mehreren Antennenelementen enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen von zwei Basissignalen mit variabler relativer Verzögerung zwischen diesen,
b) Aufteilen der Basissignale in Signalkomponenten,
c) Umwandeln der Signalkomponenten in transformierte Komponenten mit Leistungen, die mit der relativen Verzögerung variieren, und
d) Umwandeln der umgewandelten Komponenten in Speisesignale für Antennenelemente mit Phasen, die von Antennenelement zu Antennenelement progressiv über die Antenne variieren, wenn der Antennenstrahl elektrisch geneigt ist, und die einzeln mit der relativen Verzögerung variieren.

Der Verfahrensaspekt der Erfindung kann bevorzugte Merkmale enthalten, die mutatis mutandis denen des Aspektes eines Antennensystems entsprechen.
Damit die Erfindung vollständiger verstanden wird, werden nun Ausführungen davon, nur als Beispiel, mit Bezug auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben, in denen:
1 eine vertikale Richtcharakteristik (VRP, Vertical Radiation Pattern) einer phasengesteuerten Gruppenantenne mit elektrischen Neigungswinkeln gleich Null und ungleich Null zeigt;
2 eine phasengesteuerte Gruppenantenne nach dem Stand der Technik darstellt, die einen elektrischen Neigungswinkel hat;
3 ein Blockdiagramm eines phasengesteuerten Gruppenantennensystems nach der Erfindung mit einer einzigen zeitlichen Verzögerung ist;
4 ein Blockdiagramm eines phasengesteuerten Gruppenantennensystems nach der Erfindung ist, das zwei zeitliche Verzögerungen verwendet;
5 ein Leistungsverteilungsnetz für die Verwendung in dem System in 3 oder 4 zeigt;
die 6a und 6b ein Leistungverteilungsnetz für die Verwendung in einem System nach der Erfindung zeigen, das eine Antenne mit 12 Elementen hat;
7 eine schematische Darstellung einer hybriden 180°-Hochfrequenz-Koppeleinrichtung ist, die in den Netzen in 5 und 6 verwendet wird,
die 8a und 8b Vektordiagramme sind, die die Phasen von Speisesignalen für Antennenelemente darstellen, die durch das Netz in 6 erzeugt werden;
9 einen 180°-Hybridkoppler 182 zeigt, der Eingangssignale A und B mit zwei gleichen Spannungsamplituden Va und Vb empfangt, die eine relative Phasenverschiebung von Φ zueinander haben;
10 ein Vektordiagramm von Vektoren +A, +B, –B, A + B und A – B ist;
11 zeigt, wie die relativen Größen von A + B und A – B (gestrichelte Linie) variieren, wenn ihre relative Phasendifferenz Φ von –180° über 0° bis +180° eingestellt wird; und
12 die Phasenvariation von A + B und A – B zeigt, wenn Φ von –180° über 0° auf +180° eingestellt wird.
In 1 sind vertikale Richtcharakteristiken (VRP) 10a und 10b einer Antenne 12 gezeigt, die eine phasengesteuerte Gruppenantenne aus einzelnen Antennenelementen (nicht gezeigt) ist. Die Antenne 12 ist eben, hat ein Zentrum 14 und erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene. Die VRPs 10a und 10b entsprechen jeweils der Variation der Verzögerung oder der Phase von Signalen der Antennenelemente mit dem Abstand der Elemente der Gruppenantenne von einem Rand der Gruppenantenne über die Antenne 12 gleich Null und ungleich Null. Sie haben entsprechende Nebenkeulen 16a und 16b mit Zentrallinien oder „Wirkrichtungen" 18a und 18b, erste obere Nebenkeulen 20a und 20b und erste untere Nebenkeulen 22a und 22b; 18c bezeichnet die Wirkrichtung für Variation der Verzögerung gleich Null zum Vergleich mit dem Äquivalent ungleich Null 18b. Wenn sich auf ein Element ohne Suffix bezogen wird, zum Beispiel Nebenkeule 20, wird auf jedes des relevanten Paares von Elementen ohne Unterscheidung Bezug genommen. Die VRP 10b ist relativ zu der VRP 10a (wie dargestellt nach unten) geneigt, das heißt, es gibt einen Winkel – den Neigungswinkel – zwischen den Zentrallinien der Hauptstrahlen 18b und 18c, der eine Größe hat, die von dem Ausmaß abhängt, mit dem die Verzögerung mit dem Abstand über die Antenne 12 variiert.
Die Richtcharakteristik muss mehrere Kriterien erfüllen: a) hohe Antennenverstärkung in Wirkrichtung; b) die erste obere Nebenkeule 20 sollte einen Ausprägung haben, die gering genug ist, um die Verursachung von Störungen von Mobiltelefonen, die eine andere Zelle benutzen, zu vermeiden; c) die erste untere Nebenkeule 22 sollte eine Ausprägung haben, der ausreicht, um Kommunikation in unmittelbarer Nähe der Antenne zu ermöglichen; und d) die Ausprägung und die Richtung der Nebenkeulen sollte innerhalb von Grenzen bleiben, die durch die Auslegung vorgegeben sind, wenn die Antenne elektrisch geneigt wird. Diese Anforderungen stehen miteinander in Konflikt, z. B. kann die Maximierung des Antennengewinns in Wirkrichtung die Nebenkeulen 20 und 22 vergrößern. Mit –18 dB relativ zur Feldstärke in Wirkrichtung (die Länge des Hauptstrahls 16) wurde eine Ausprägung der ersten oberen Nebenkeule gefunden, die einen günstigen Kompromiss für die Gesamtleistung des Systems liefert. Der Antennengewinn in Wirkrichtung sinkt proportional zum Kosinus des Neigungswinkels auf Grund der Verringerung der effektiven Aper tur der Antenne. Weitere Verringerungen des Antennengewinns in Wirkrichtung können sich in Abhängigkeit davon ergeben, wie der Neigungswinkel verändert wird.
Der Effekt davon, entweder den Winkel der mechanischen Neigung oder den Winkel der elektrischen Neigung einzustellen, ist, die Wirkrichtung neu einzustellen, sodass sie entweder über oder unter die Horizontebene zeigt, und folglich das Sendegebiet der Antenne einzustellen. Für maximale Flexibilität bei der Verwendung steht einer Mobilfunk-Basisstation vorzugsweise sowohl mechanische Neigung als auch elektrische Neigung zur Verfügung, da beide einen anderen Effekt auf das Sendegebiet und auch auf andere Antennen in unmittelbarer Nähe haben. Es ist auch vorteilhaft, wenn die elektrische Neigung einer Antenne aus der Ferne zu der Antenne eingestellt werden kann. Wenn darüber hinaus eine einzelne Antenne von mehreren Betreibern gemeinsam verwendet wird, wird es bevorzugt, für jeden Betreiber einen anderen elektrischen Neigungswinkel bereitzustellen, obwohl dies nach dem Stand der Technik die Leistungsfähigkeit der Antenne gefährdet.
In 2 ist nun ein phasengesteuertes Gruppenantennensystem 30 nach dem Stand der Technik gezeigt, bei dem der Winkel der elektrischen Neigung einstellbar ist. Das System 30 enthält einen Eingang 32 für ein Hochfrequenz(RF, Radio Frequency)-Trägersignal des Senders, wobei der Eingang an ein Leistungverteilungsnetz 34 angeschlossen ist. Das Netz 34 ist über Phasenschieber Phi.E0, Phi.E1L bis Phi.E[n]L und Phi.E1U bis Phi.E[n]U an jeweilige abstrahlende Antennenelemente E0, E1L bis E[n]L und E1U bis E[n]U des phasengesteuerten Gruppenantennensystems 30 angeschlossen: hier bedeutet das Suffix U „obere" und das Suffix O „untere", n ist eine beliebige positive ganze Zahl, die die Größe der phasengesteuerten Gruppe de finiert, und gestrichelte Linien, wie etwa 36, die das relevante Element angeben, können repliziert oder entfernt werden, wie es für irgendeine gewünschte Größe der Gruppe erforderlich ist.
Das phasengesteuerte Gruppenantennensystem 30 arbeitet wie folgt. Ein Hochfrequenz-Trägersignal des Senders wird über den Eingang 32 in das Leistungverteilungsnetz 34 eingespeist: das Netz 34 teilt dieses Signal (nicht unbedingt gleichmäßig) auf die Phasenschieber Phi.E0, Phi.E1L bis Phi.E[n]L und Phi.E1U bis Phi.E[n]U auf, die ihr jeweils zugeteiltes Signal in der Phase verschieben und es mit der Phasenverschiebung an jeweils zugehörige Antennenelemente E0, E L bis E[n]L und E1U bis E[n]U weiterleiten. Die Phasenschieber sind so gewählt, dass sie einen geeigneten Winkel der elektrischen Neigung auswählen. Wenn der Neigungswinkel gleich Null ist, wird die Leistungsverteilung auf die Antennenelemente E0 usw. so gewählt, dass die Ausprägung der Nebenkeulen und der Antennengewinn in Wirkrichtung geeignet eingestellt werden. Eine optimale Steuerung des elektrischen Neigungswinkels erhält man, wenn die Phasenfront über die Gruppe von Elementen E0 usw. für alle Neigungswinkel so gesteuert wird, dass die Ausprägung der Nebenkeule über den Neigungsbereich nicht signifikant vergrößert wird. Wenn erforderlich, kann der Winkel der elektrischen Neigung mit einem Servo-Mechanismus ferngesteuert eingestellt werden, der die Phasenschieber Phi.E0, Phi.E1L bis Phi.E[n]L und Phi.E1U bis Phi.E[n]U steuert, die mechanisch betätigt sein können.
Das phasengesteuerte Gruppenantennensystem 30 hat, wie folgt, eine Reihe von Nachteilen:

a) für jedes Antennenelement ist ein Phasenschieber erforderlich, oder (weniger vorteilhaft) für jede Gruppe von Elementen;
b) die Kosten der Antenne sind wegen der Anzahl von erforderlichen Phasenschiebern hoch;
c) die Kostenverringerung, bei der Phasenschieber für entsprechende Gruppen von Elementen statt für einzelne Antennenelemente eingesetzt werden, erhöht die Ausprägung der Nebenkeulen;
d) mechanische Ansteuerung von Phasenschiebern, um Verzögerungen richtig einzustellen, ist schwierig, und mechanische Verbindungen und Getriebe werden verwendet, was zu einer nicht-optimalen Anordnung für die Verzögerung führt;
e) die Ausprägung der oberen Nebenkeulen vergrößert sich, wenn die Antenne nach unten geneigt wird, was eine potenzielle Störungsquelle für Mobiltelefone erzeugt, die andere Basisstationen verwenden;
f) wenn eine Antenne von verschiedenen Betreibern gemeinsam genutzt wird, müssen alle denselben Neigungswinkel verwenden; und
g) in einem System mit Uplink und Downlink bei verschiedenen Frequenzen (Frequenzmultiplex-Duplexsystem) ist der elektrische Neigungswinkel beim Senden von dem beim Empfangen verschieden.

In 3 ist nun ein phasengesteuertes Gruppenantennensystem 40 nach der Erfindung gezeigt, das einen einstellbaren elektrischen Neigungswinkel hat. Das System 40 hat einen Eingang 42 für ein Hochfrequenz-Trägersignal des Senders: der Eingang 42 ist mit einem Leistungsaufteiler 44 verbunden, der zwei Ausgangssignale V1a und V1b liefert, die Eingangssignale für einen variablen Phasenschieber 46 beziehungsweise einen festen Phasenschieber 48 sind. Die Phasenschieber 46 und 48 können auch als Zeitverzögerungen betrachtet werden, da Phasenverschiebung und Zeitverzögerung bei einer einzelnen Frequenz äquivalent sind. Sie liefern jeweilige Ausgangssi gnale V2a und V2b an ein Leistungverteilungsnetz 50, das später detaillierter beschrieben wird.
Das Netz 50 liefert vier Speisesignale, die jeweils über feste Phasenschieber 58U1, 58U2, 58L1 und 58L2 an vier Antennenelemente 60U1, 60U2, 60L1 und 60L2 (U = obere, L = untere) mit gleichem Abstand einer phasengesteuerten Gruppenantenne 60 weitergeleitet werden. Die Antenne 60 hat ein Zentrum, das durch eine gestrichelte Linie 61 angegeben ist. Die Antenne 60 kann jede Anzahl von Elementen haben, solange sie wenigstens zwei Elemente hat.
Das phasengesteuerte Gruppenantennensystem 40 arbeitet wie folgt. Ein Hochfrequenz-Trägersignal des Senders wird (über eine einzelne Speiseleitung) über den Eingang 42 in den Leistungsaufteiler 44 eingespeist, wo es in zwei Signale V1a und V1b mit gleicher Leistung aufgeteilt wird. Die Signale V1a und V1b werden in den variablen beziehungsweise den festen Phasenschieber 46 beziehungsweise 48 gespeist. Der variable Phasenschieber 46 wird von einem Betreiber gesteuert, um eine einstellbare Phasenverschiebung oder Zeitverzögerung einzubringen, und das Ausmaß der Phasenverschiebung, das eingebracht wird, steuert den elektrischen Neigungswinkel der phasengesteuerten Gruppenantenne 60. Der feste Phasenschieber 48 (der vorteilhaft, aber nicht unbedingt erforderlich ist) bringt eine feste Phasenverschiebung ein, die vorteilhaft so eingerichtet ist, dass sie die halbe maximale Phasenverschiebung Φ_M ist, die von dem variablen Phasenschieber 46 eingebracht werden kann. Dies ermöglicht, dass V1a in der Phase im Bereich von –Φ_M/2 bis +Φ_M/2 relativ zu V1b eingestellt werden kann, und diese Signale werden nach der Phasenverschiebung zu V2a und V2b, wie schon für den Ausgang aus dem Phasenschieber 46 und 48 angemerkt wurde.
Aus seinen Eingangssignalen V2a und V2b bildet das Netzwerk 50 vektorielle Kombinationen von Signalen, um entsprechende Speisesignale für jedes Antennenelement 60U1 usw. bereitzustellen. Die Speisesignale variieren mit der Phase (oder mit einem zum Rande abfallenden Verlauf der Phasen) als eine Funktion des Abstand des Antennenelementes von einem Antennenelement 60U2 oder 60L2 an einem Rand über die Antenne hinweg linear, wie es erforderlich ist, um einen parallelen Strahl aus der Antenne zu erzeugen, der in einem Winkel zur Wirkrichtung der der Gruppe geneigt ist. Wie nach dem Stand der Technik bei phasengesteuerten Gruppenantennen bekannt ist, hängt der Winkel von dem Ausmaß der Phasenänderung mit dem Abstand über die Antenne 60 ab. Es kann gezeigt werden (wie später beschrieben wird), dass der Winkel der elektrischen Neigung der Gruppe 60 variiert werden kann, einfach, indem ein variabler Phasenschieber verwendet wird, der variable Phasenschieber 46. Dies steht im Vergleich zu dem Erfordernis nach dem Stand der Technik in 2, dass mehrere variable Phasenschieber erforderlich sind, jeweils ein Phasenschieber für jedes Antennenelement. Wenn die Phasendifferenz, die von dem variablen Phasenschieber 46 eingebracht wird, positiv ist, geht die elektrische Neigung in eine Richtung, und wenn diese Phasendifferenz negativ ist, geht die elektrische Neigung in die entgegengesetzte Richtung.
Die festen Phasenschieber 58U1 usw. bringen feste Phasenverschiebungen ein, die zwischen den verschiedenen Antennenelementen 60U1 usw. entsprechend der geometrischen Position des Elementes über der Gruppe 60 linear variieren (wobei das Abfallen der Phase zum Rand hin ignoriert wird): dies dient dazu, für die Wirkrichtung der Gruppe 60 eine Richtung als Nullreferenz (18a oder 18b in 1) einzustellen, bei der die Phasendifferenz zwischen den Signalen V1a und V1b, die von dem variablen Phasenschieber 46 eingebracht wird, Null ist. Die festen Phasenschieber 58U1 usw. sind nicht unbedingt erforderlich, aber sie werden bevorzugt, weil sie verwendet werden können, um a) die Phasenverschiebung, die durch den Neigungsprozess eingebracht wird, richtig zu proportionieren, b) die Unterdrückung von Nebenkeulen über den Neigungsbereich zu optimieren, und c) einen optionalen festen Winkel der elektrischen Neigung einzubringen.
Wenn es eine Anzahl von Benutzern gibt, kann jeder Benutzer ein jeweiliges phasengesteuertes Gruppenantennensystem 40 haben. Wenn es erforderlich ist, dass die Benutzer eine gemeinsame Antenne 60 einsetzen, hat alternativ jeder Benutzer einen jeweiligen Satz von Elementen 42 bis 50 in 3, und ein Überlagerungsnetz ist erforderlich, um Signale zum Einspeisen in die Gruppenantenne 60 zu überlagern. Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO 02/082581 A2 beschreibt ein solches Netz.
In 4 zeigt die Zeichnung nun ein weiteres phasengesteuertes Gruppenantennensystem 70 nach der Erfindung, das zwei Zeitverzögerungen oder Phasenverschiebungen verwendet. Das System 70 hat einen Eingang für Hochfrequenz-Trägersignale 72, der mit einem ersten Leistungsaufteiler 74 verbunden ist, der zwei Ausgangssignale V1a und V1b zur Eingabe in einen ersten variablen Phasenschieber 76 beziehungsweise einen ersten festen Phasenschieber 78 liefert. Diese liefern jeweils Ausgangssignale V2a und V2b an einen zweiten festen Phasenschieber 80 und einen zweiten Leistungsaufteiler 82. Der erste und der zweite feste Phasenschieber 78 und 80 können in einer einzigen Einheit zusammengefasst werden, wenn dies erforderlich ist. Der zweite Leistungsaufteiler 82 teilt das Signal V2b in zwei Signale V3b1 und V3b2 auf, die zu einem zweiten variablen Phasenschieber 84 und einem dritten festen Phasenschieber 86 weitergelei tet werden. Die Signale V3b1 und V3b2 laufen dann zu einem ersten und einem zweiten Leistungverteilungsnetz 88 beziehungsweise 90, die später detaillierter beschrieben werden. Das Signal V2a läuft über den zweiten festen Phasenschieber 80 zu einem dritten Leistungsaufteiler 92, der es in zwei Signale V3a1 und V3a2 aufteilt, die in das erste und das zweite Leistungverteilungsnetz 88 bzw. 90 eingespeist werden.
Die Netze 88 und 90 liefern gemeinsam acht Speisesignale, die jeweils über feste Phasenschieber 94U1 bis 94L4 zu acht Antennenelementen 96U1 bis 96L4 mit gleichen Abständen einer phasengesteuerten Gruppenantenne 96 weitergeleitet werden. Das Netz 90 steuert die innersten vier Antennenelemente 96U1, 96U2, 96L1 und 96L2, und das Netz 88 steuert den Rest.
Das phasengesteuerte Gruppenantennensystem 70 arbeitet wie folgt. Ein Hochfrequenz-Trägersignal des Senders wird (über eine einzelne Speiseleitung) über den Eingang 72 in einen ersten Leistungsaufteiler 74 eingespeist, wo es in die Signale V1a und V1b mit gleicher Leistung aufgeteilt wird. Die Signale V1a und V1b werden in den ersten variablen beziehungsweise den ersten festen Phasenschieber 76 beziehungsweise 78 eingespeist. Der feste Phasenschieber 78 bringt eine Phasenverschiebung mit der Größe der halben maximalen Phasenverschiebung ein, die von dem variablen Phasenschieber 76 eingebracht werden kann. Der erste variable Phasenschieber 76 liefert einen Teil der Steuerung des elektrische Neigungswinkels der phasengesteuerten Gruppenantenne 96, und der zweite variable Phasenschieber 76 liefert den Rest dieser Steuerung.
Die Leistungsverteilungsnetze 88 und 90 empfangen Eingangssignale V3a1/V3b1 beziehungsweise V3a2/V3b2 und bilden vektorielle Kom binationen dieser Signale, um ein jeweiliges Speisesignal für jedes Antennenelement 96U1 usw. bereitzustellen. Die Speisesignale variieren in der Phase als Funktion des Abstands des Antennenelementes über die Antenne 96 linear. Die Verwendung von zwei variablen Phasenschiebern 76 und 84 ermöglicht, einen größeren Bereich der Phasenverschiebung über die Antenne 96 einzubringen, als ein einzelner Phasenschieber mit variabler Phase (wie in 3), und folglich kann man einen größeren Bereich der elektrischen Neigung erhalten.
In 5 ist nun ein Leistungverteilungsnetz 100 gezeigt, das im Allgemeinen der Typ ist, der in 50, 88 und 90 verwendet wird, obwohl er mit mehr Antennenelementen gezeigt ist, als zu den Gegenstücken gehören, die zuvor beschrieben wurden. Das Netz 100 hat zwei Eingänge 102a und 102b, die mit einem ersten und einem zweiten Drei-Wege-Leistungsaufteiler 106a beziehungsweise 106b verbunden sind. Der erste Drei-Wege-Leistungsaufteiler 106a teilt ein Eingangssignal oder einen Vektor A mit einer Amplitude Va in drei Signale a1.A, a2.A und a3.A, wobei a1, a2 und a3 skalare Amplituden-Aufteilungsverhältnisse sind. Die Signale a1.A, a2.A und a3.A werden in erste Eingänge 1 einer ersten, einer zweiten und einer dritten hybriden 180°-Hochfrequenz-Signalüberlagerungseinrichtung (Hybridkoppler) 110, 112 beziehungsweise 114 gespeist. Der zweite Drei-Wege-Leistungsaufteiler 106b teilt ein Eingangssignal oder einen Vektor B mit einer Amplitude Vb in drei Signale b1.B, b2.B und b3.B, wobei b1, b2 und b3 skalare Amplituden-Aufteilungsverhältnisse des zweiten Aufteilers 106b sind. Die drei Signale b1.B, b2.B und b3.B werden in zweite Eingänge 2 der Hybridkoppler 110, 112 beziehungsweise 114 gespeist. Die Amplituden der Vektoren A und B sind gleich, das heißt, Va = Vb. Die Hybridkoppler 110 bis 114 sind auch als Summen- und Differenz-Hybridkoppler bekannt.
Jeder der Hybridkoppler 110, 112 und 114 hat Summen- und Differenzausgänge S1/D1, S2/D2 bzw. S3/D3, an denen die Vektorsumme A + B und -differenz A – B seiner Eingangssignale A und B anliegen. Wie später detaillierter beschrieben wird, ist es eine Eigenschaft solcher Hybridkoppler, dass deren Summen- und Differenzausgänge eine feste Phasendifferenz von 90° zueinander haben, wenn die Amplituden von deren Eingangssignalen gleich sind. Dies ist der Fall, sogar wenn die Phasendifferenz zwischen diesen Eingangssignalen variiert. Die Summensignale A + B sind miteinander in Phase, ebenso wie die Differenzsignale A – B, und die Summensignale sind um 90 Grad zu den Differenzsignalen verschoben. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen auf Grund des Betriebs des variablen Phasenschieber 46 variiert, variieren die Summen- und Differenz-Ausgangssignale in ihrer Größe: zum Beispiel ergibt sich bei gleichphasigen Eingangssignalen von gleicher Größe A + B = 2A und A –B = 0; bei Eingangssignalen mit gleicher Amplitude in Gegenphase ergibt sich A + B = 0 und A – B = 2A; bei Eingangssignalen von gleicher Größe, deren Phase um 90° voneinander abweicht, sind A + B und A – B beide gleich
Die Hybridkoppler 110, 112 und 114 arbeiten deshalb als Phase-in-Leistung-Wandler, weil sie Eingangssignale mit konstanter Leistung, aber variabler Phasendifferenz, in Ausgangssignale mit variabler Leistung, aber konstanter Phasendifferenz, umwandeln.
Die Summensignale A + B aus den Ausgängen S1, S2 und S3 der Hybridkoppler 110, 112 und 114 werden in entsprechend benannte Eingänge S1, S2 und S3 von vierten, fünften und sechsten 180°-Hybridkopplern 116, 118 beziehungsweise 120 eingespeist. Ebenso werden die Differenzsignale A – B aus den Ausgängen D1, D2 und D3 der Hybridkoppler 110, 112 und 114 in entsprechend benannte Eingänge D1, D2 und D3 der sechsten, fünften und vierten 180°-Hybridkoppler 120, 118 beziehungsweise 116 eingespeist.
Die vierten, fünften und sechsten Hybridkoppler 116 bis 120 haben auch Summen- und Differenzausgänge, die jeweils mit Sum und Diff. bezeichnet sind, an denen jeweils die Vektorsummen A + B beziehungsweise-differenzen A – B von deren Eingangssignalen anliegen. Die Summensignale A + B werden über entsprechende feste Phasenschieber 122U1 bis 122U3 in entsprechende Antennenelemente 124U1 bis 124U3 in einer oberen Hälfte einer phasengesteuerten Gruppenantenne mit sechs Elementen 124 gespeist. Ebenso werden die Differenzsignale A – B über feste Phasenschieber 122L1 bis 122L3 in entsprechende Antennenelemente 124L1 bis 124L3 in einer unteren Hälfte der Antenne 124 gespeist. Genau genommen sind die Phasenschieber 122U1 bis 122L3 und die Gruppenantenne 124 kein Teil des Netzes 100, weil die 3 und 4, die das Netz enthalten, schon Gegenstücke dazu zeigen. Die vierten, fünften und sechsten Hybridkoppler 116 bis 120 wandeln Leistungsunterschiede zwischen ihren Eingängen in Phasenverschiebungen an ihren Ausgängen um, folglich arbeiten sie als Leistung-in-Phase-Wandler.
Weitere Flexibilität besteht im Einstellen der erforderlichen Phase und Amplitude für jedes Antennenelement 124L1 usw., wenn weitere Aufteiler zwischen den Ausgängen der ersten, zweiten und dritten Hybridkoppler 110 bis 114 und den Eingängen der vierten, fünften und sechsten Hybridkoppler 116 bis 120 eingesetzt werden. Immer wenn ein Ausgangssignal des ersten, zweiten oder dritten Hybridkopplers 110, 112 oder 114 aufgeteilt wird, dann werden, um die Notwendigkeit zu vermeiden, Leistung an anderer Stelle als den Antennenelementen zu dissipieren, weitere Hybridkoppler und Anten nenelemente hinzugefügt, um die gesamte Hochfrequenzleistung so effizient wie möglich zu nutzen.
Den Antennenelementen 124U1 usw. sind jeweils feste Phasenschieber 122U1 usw. zugeordnet, deren Zweck es ist, a) die nominelle mittlere Neigung der Antenne einzustellen und b) die Ausprägung der Keulen der Antenne 124 über ihren Neigungsbereich zu optimieren.
In 5 sind die Hybridkoppler 110 bis 120 mit gleicher, an deren Eingänge angelegter Gewichtung gezeigt: das heißt, mit den Eingangssignalen A und B ist dann das Summenausgangssignal (A + B) und das Differenzausgangssignal ist (A – B). Sie können jedoch auch mit ungleich gewichteten Eingangssignalen A und B aufgebaut werden, sodass sich ein Summenausgangssignal (xA + yB) und ein Differenzausgangssignal (xA – yB) ergibt. Hierbei ist x eine Gewichtung, die auf das Eingangssignal A angewendet wird, und y ist eine Gewichtung, die auf das Eingangssignal B angewendet wird. Um Leistung in einem ungleich gewichten Hybridkoppler zu sparen, soll die Gesamtleistung, die in ihre Eingänge eintritt, gleich der Gesamtleistung sein, die aus ihren Ausgängen austritt, wobei unvermeidliche thermische Verluste einer praktischen Umsetzung vernachlässigt werden. Aus der Verwendung von ungleich gewichten Hybridkopplern ergeben sich zwei Vorteile: a) dem Aufbau wird weitere Flexibilität bei der Optimierung der Verteilung der Phase und der Amplitude von Antennenelementen gegeben; b) die Signalaufteilung kann auf zwei oder mehr Aufteilungskomponenten verteilt werden, was folglich das maximale Teilungsverhältnis verringert, das für irgendeinen Aufteiler erforderlich ist, und die Frequenzantwort verbessert.
Wenn es in dem System 40 verwendet wird, sind die Vorteile des Leistungverteilungsnetzes 100:

a) nur ein Aufteilungsvorgangs an den Aufteilern 106a und 106b ist erforderlich, wobei jeder von diesen in nur drei Signale aufteilt;
b) die Neigung wird mit einem einzelnen variablen Phasenschieber oder einer einzelnen Zeitverzögerungseinrichtung 46 realisiert;
c) die Signale an den Eingängen des Netzes 102a und 102b und Komponenten, in die diese umgewandelt werden, laufen durch genau dieselbe Anzahl und Art von Komponenten entlang der Pfade zu den Antennenelementen 124U1 usw., das heißt, durch einen Teiler und zwei Hybridkoppler (genau genommen sind, wie schon zuvor angemerkt, die Phasenschieber 122U1 usw. kein Teil des Netzes 100). Diese Pfade sollten deshalb im Wesentlichen dieselbe elektrische Länge haben, wobei Variationen auf Grund von Fertigungstoleranzen ungleich Null vernachlässigt werden. Folglich werden Phasen- und Amplitudenfehler in dem Netz auf Grund von verschiedenen Typen von Komponenten in verschiedenen Pfaden vermieden, und über den Neigungsbereich kann eine gute Strahlform beibehalten werden. Darüber hinaus wird die Strahlform über einen größeren Frequenzbereich beibehalten, da die Phasen- und Amplitudenfehler von jedem Pfad zu einem Element gleichartig variieren und den Fehler zwischen nebeneinanderliegenden Antennenelementen verringern;
d) die Antenne kann ohne die Notwendigkeit realisiert werden, Hochfrequenzleistung in irgendeiner anderen Komponente als den Antennenelementen zu dissipieren, wobei Abweichungen der Komponenten von idealen Eigenschaften vernachlässigt werden;
e) die Kosten einer phasengesteuerten Gruppenantenne werden im Vergleich zu einer Antenne mit einer vergleichbaren Leistungsfähigkeit, die mehrere variable Zeitverzögerungseinrichtungen verwendet, verringert; und
f) die Zuverlässigkeit der Antenne wird durch die Verwendung einer großen Anzahl von variablen Zeitverzögerungseinrichtungen nicht gefährdet.

Zwischen die Ausgänge der ersten drei Hybridkoppler 110 bis 114 und die Eingänge der anderen Hybridkoppler 116 bis 120 können Aufteiler eingesetzt werden, um mehr Flexibilität beim Einstellen der Phase und Amplitude von Signalen, die in Antennenelemente gespeist werden, zu ermöglichen. Dies wird in der nächsten Ausführung beschrieben
In den 6a und 6b ist ein weiteres Leistungverteilungsnetz 140 in zwei Abschnitten 140a und 140b gezeigt: das Netz 140 ist für die Verwendung mit einer phasengesteuerten Gruppenantenne mit 12 Elementen mit gleichem Abstand 148 gedacht, aber in anderer Hinsicht bezüglich des Typs, der als 50, 88 und 90 in den 3 und 4 verwendet wird. Das Netz 140 ist zu dem äquivalent, das mit Bezug auf 5 beschrieben wurde, jedoch mit einer zusätzlichen Spalte Aufteiler 142a bis 142h und ausreichend Hybridkopplern 144₄ bis 144₉ und festen Phasenschiebern 146U1 bis 146L6, um Signale für eine erhöhte Anzahl von Antennenelementen 148U1 bis 148L6 der Antenne 148 bereitzustellen. Teile, die mit denen, die früher beschrieben wurden, gleich sind, haben die gleichen Bezugsnummern, und die Beschreibung konzentriert sich auf die Aspekte, die verschieden sind.
Wie zuvor werden zwei Vektoren der Eingangssignale A und B, die jeweils Amplituden Va und Vb haben, an den Eingängen 102a und 102b von den Aufteilern 106a und 106b in Signalanteile a1.A, a2.A, a3.A und b1.B, b2.B und b3.B aufgeteilt, und in erste und zweite Eingänge 1 und 2 von ersten, zweiten und dritten Hybridkopplern 110 bis 114 gespeist: das heißt, die Signale a[n].A und b[n].B sind Eingangssignale in den n-ten Hybridkoppler 110 + 2n, n = 0, 1 und 2. Die Teilungsverhältnisse sind so eingestellt, dass a1 = b1, a2 = b2 und a3 = b3 ist, um Phase-in-Leistung-Wandlung in den Hybridkopplern 110 bis 114 zu realisieren.
Mit Bezug nun auch auf 7 zeigt diese Zeichnung schematisch einen 180°-Hybridkoppler 132 mit Eingangssignalen A und B und Ausgangssignalen A + B und A – B. Die Kurven 134 zeigen Pfade vom Eingang zum Ausgang, und die zugehörigen Markierungen –180 und –360 geben die Phasenverschiebung oder die entsprechende Verzögerung an, die Signale erfahren, die solche Pfade entlanglaufen. Wie gezeigt sind den Pfaden 134 von A, Eingang 1, und B, Eingang 2, zu A + B, Ausgang Sum, und von A zu A – B, Ausgang Diff., allen Phasenverschiebungen von –180° zugeordnet, wogegen Pfad 135 von B, Eingang 2, zu A – B, Ausgang Diff., eine Phasenverschiebung von –360° zugeordnet ist. Eine Phasenverschiebung um 180° invertiert ein sinusförmiges Signal oder multipliziert es mit –1, wogegen eine Phasenverschiebung um –360° es unverändert lässt. Folglich werden beide Signale A und B beim Durchlaufen zum Summenausgang invertiert, und werden deshalb zusammenaddiert, aber am Ausgang Diff. wird nur Signal B invertiert und wird deshalb von A subtrahiert. Wenn zwei Signalvektoren von gleicher Größe, aber mit verschiedener Phase, von einem 180°-Hybridkoppler sowohl summiert, als auch subtrahiert werden, haben, wie später beschrieben wird, die resultierenden Summen- und Differenzvektoren unabhängig von der Phasendifferenz der Eingangssignale einen Winkel von 90° zueinander. A + B und A – B weichen deshalb in der Phase um 90° voneinander ab, was vorteilhaft ist (aber nicht unbedingt erforderlich), weil es die Berechnung der Signalphase für ein Antennenelement vereinfacht, wie später beschrieben wird. Die Hybridkoppler 110 bis 114 arbeiten deshalb als Phase-in-Leistung-Wandler, sie wandeln Eingangssignale, z. B. (a1.A/b1.B) mit gleichen Amplituden, aber variabler relativer Phasendifferenz, in Summen- und Differenzausgangssignale mit variabler Leistung, aber konstanter Phasendifferenz von 90°. Darüber hinaus sind die Ausgangssignale A + B von allen drei Hybridkopplern 110 bis 114 miteinander in Phase und haben einen Winkel von 90° zu allen drei Ausgangssignalen A – B von diesen Hybridkopplern.
Die Hybridkoppler 110 bis 114 haben Ausgangssignale A + B, die jeweils mit Zwei-Wege-Aufteilern 142c 142e und 142g verbunden sind, und Ausgangssignale A – B, die jeweils mit Zwei-Wege-Aufteilern 142d, 142f und 142h verbunden sind. Die Aufteiler 142c bis 142h teilen ihre Eingangssignale in Signalanteile c1/c2, d1/d2, e1/e2, f2/f2, g1/g2 bzw. h1/h2 auf: diese Anteile werden auch als Bezugsindizes für entsprechende Ausgänge von Aufteilern verwendet, und sind für die Eingabe in jeweilige, entsprechend mit Bezeichnungen versehene Eingänge c1 bis h2 des vierten bis neunten Hybridkopplers 144₄ bis 144₉ . Die vierten bis neunten Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ haben Eingangssignale A und B an Eingängen 1 und 2, und Summen- und Differenzausgangssignale A + B und A – B an Ausgängen Sum und Diff.,

und haben dieselbe Konstruktion und Funktionsweise wie der erste, zweite und dritte Hybridkoppler 110 bis 114. Tabelle 1 unten zeigt, welche Eingänge der vierten bis neunten Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ welche Signalanteile empfangen: hier zeigen die +/– -Zeichen Vektoraddition bzw. -subtraktion an. Tabelle 1

Hybridkoppler	Eingang	Anteil	Hybridkoppler	Eingang	Anteil
144₄	1	c1.(a1.A + b1.B)	144₇	1	e2.(a2.A + b2.B)
144₄	2	d1.(a1.A – b1.B)	144₇	2	f2.(a2.A – b2.B)
144₅	1	c2.(a1.A + b1.B)	144₈	1	g1.(a3.A + b3.B)
144₅	2	d2.(a1.A – b1.B)	144₈	2	h1.(a3.A – b3.B)
144₆	1	e1.(a2.A + b2.B)	144₉	1	g2.(a3.A + b3.B)
144₆	2	f1.(a2.A – b2.B)	144₉	2	h2.(a3.A – b3.B)

Die Aufteiler 142c bis 142h teilen ihre Eingangssignale in Signalanteile auf, die für Addition und Subtraktion geeignet sind, sodass Speisesignale für Antennenelemente erzeugt werden, die mit der Position des Antennenelementes über die Antenne 148 progressiv variieren. Die Tabelle 2 unten zeigt, welche Ausgänge Sum/Diff. der vierten bis neunten Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ welche Antennenelemente 148U1 bis 148L6 über jeweilige feste Phasenschieber 146U1 bis 146L6 speisen. Die Antennenelemente 148U1 bis 148U6 in der oberen Hälfte der Antenne 148 werden alle mit Summenausgangssignalen aus dem Ausgang Sum der vierten bis neunten Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ gespeist, die in der unteren Hälfte werden dagegen von den Differenzausgangssignalen aus dem Ausgang Diff. dieser Hybridkoppler gespeist. Jeder dieser vierten bis neunten Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ empfangt Signalanteile, die entweder von Summen- oder von Differenzausgängen der ersten bis dritten Hybridkoppler 110 bis 114 stammen, aber nicht von beiden Ausgangstypen. Ihre Eingangssignale sind deshalb miteinander in Phase. Der vierte bis neunte Hybridkoppler 144₄ bis 144₉ arbeitet folglich als Leistung-in-Phase-Wandler: jeder wandelt seine zwei Eingangssignale (die eine Phasendifferenz gleich Null haben, aber nicht notwendigerweise gleiche Amplitude) in Summen- und Differenzausgangssignale mit einer Phasendifferenz, die zwischen den Hybridkopplern variiert, aber mit konstanter Leistung (wobei jegliche Bereitstellung eines zum Rande abfallenden Verlaufs der Amplitude vernachlässigt wird). Die gezeigte Anordnung ermöglicht, eine progressive Phasenfront über die Antenne 148 zu erreichen, und ermöglicht, dass die gesamte Eingangsleitung effizient genutzt wird. Dies vernachlässigt die Möglichkeit von Verlusten auf Grund von Dissipation von Leistung in nicht-idealen Komponenten. Wenn solche Verluste ausgeschlossen werden, erzeugt das Leistungverteilungsnetz 140 kein Signal, das nicht nutzbringend zu den Antennenspeisesignalen beitragen kann, folglich ist es nicht erforderlich, irgendwelche Ineffektivitäten bezüglich der eingegebenen Leistung zu beseitigen.
Der vierte Hybridkoppler 144₄ speist ein ganz außen liegendes Paar von Antennenelementen 148U6 und 148L6. Die fünften bis neunten Hybridkoppler 144₅ bis 144₉ speisen Paare von Antennenelementen 148U5/148L5, 148U4/148L4, 148U3/148L3, 148U2/148L2 beziehungsweise 148U1/148L1, die fortschreitend näher an einem Antennenzentrum 150 liegen, um das jedes Paar zentriert ist.

Tabelle 2 unten zeigt Ausgangssignale aus den Hybridkopplern 144₅ bis 144₉ . Die Anteile aus den Aufteilern c1 usw. sind nicht notwendigerweise skalare Größen, sondern Terme in Klammern in Tabelle 2 Spalte 4, z. B. (a1.A + b1.B) und (a1.A – b1.B) sind Vektoradditionen und -subtraktionen. Die Phasendifferenz wird, wie zuvor mit Bezug auf 3 oder 4 beschrieben, zwischen Va und Vb eingebracht, und Vektoren sind mit Buchstaben in Fettschrift angegeben. Wie zuvor beschrieben sind Ergebnisse von Vektoradditionen (a1.A + b1.B) usw. zwischen Signalen von gleicher Größe alle miteinander in Phase, und unterscheiden sich in der Phase um 90° von allen Vektorsubtraktionen (a1.A – b1.B) usw. Die Vektorsubtraktionen sind deshalb alle zu den Vektoradditionen automatisch um 90° phasenverschoben. Tabelle 2

Antennenelement	Hybridkoppler	Ausgang	Ausgangssignal
148U6	144₄	Sum	c1.(a1.A + b1.B) + d1.(a1.A – b1.B)
148U5	144₅	Sum	c2.(a1.A + b1.B) + d2.(a1.A – b1.B)
148U4	144₆	Sum	e1.(a2.A + b2.B) + f1.(a2.A – b2.B)
148U3	144₇	Sum	e2.(a2.A + b2.B) + f2.(a2.A – b2.B)
148U2	144₈	Sum	g1.(a3.A + b3.B) + h1.(a3.A – b3.B)
148U1	144₉	Sum	g2.(a3.A + b3.B) + h2.(a3.A – b3.B)
148L1	144₉	Diff.	g2.(a3.A + b3.B) – h2.(a3.A – b3.B)
148L2	144₈	Diff.	g1.(a3.A + b3.B) – h1.(a3.A – b3.B
148L3	144₇	Diff.	e2.(a2.A + b2.B) – f2.(a2.A – b2.B)
148L4	144₆	Diff.	e1.(a2.A + b2.B) – f1.(a2.A – b2.B)
148L5	144₅	Diff.	c2.(a1.A + b1.B) – d2.(a1.A – b1.B)
148L6	144₄	Diff.	c1.(a1.A + bl.B) – d1.(a1.A – b1.B)

Die Ausdrücke in der vierten Spalte von Tabelle 2 haben die Form P + Q, wobei Q ein Vektor ist, der zu dem Vektor P um 90° phasenverschoben ist. Alle Vektoren P sind miteinander in Phase und alle Vektoren Q sind miteinander in Phase. Sie können deshalb als P + jQ geschrieben werden, wobei P und Q skalare Größen von P und Q sind. Zum Beispiel gilt für das Antennenelement 148U6: P = c1.(a1.A + b1.B) und Q = d1.(a1.A – b1.B)
Schreibt man für die gleichphasigen und um 90° phasenverschobenen Spannungskomponenten, mit denen die Antennenelemente 148Un und 148Ln (n = 1 bis 6) versorgt werden, P_n und Q_n, dann wird die Phase durch Φ_n dieser Spannung angegeben durch:
wobei Q_n positiv für das Antennenelement 148Un in der oberen Hälfte der Antenne 148 und negativ für das Antennenelement 148Ln in der unteren Hälfte ist.
Die skalare Größe V_n der Spannung des n-ten Antennenelementes wird angegeben mit:
Alle Beiträge (z. B. c1.(a1.A + b1.B)) zu Signalen, die die Antennenelemente 148U1 bis 148L6 aus Eingängen 102a und 102b erreichen, laufen durch dieselbe Anzahl und Art von Komponenten: das heißt, jeder Beitrag läuft über einen Pfad, der einen Drei-Wege-Aufteiler, einen Hybridkoppler, einen Zwei-Wege-Aufteiler, einen anderen Hybridkoppler und einen festen Phasenschieber enthält. Es sind keine Komponenten für Phasenkorrektur durch Leitungsverlängerung erforderlich, das heißt, zusätzliche Komponenten, um abweichende Phasenverschiebungen in verschiedenen Pfaden zu korrigieren. Die Verwendung von zwei Aufteilern in jedem Pfad ermöglicht, dass die Teilungsverhältnisse mäßig sind: dies ist hilfreich, weil es, wie zuvor beschrieben, wünschenswert ist, dass ein Teilungsverhältnis 9,5 dB nicht überschreitet.
Die Drei-Wege-Aufteiler 106a und 106b stellen primär den Amplitudenabfall zu den Rändern hin und die Zwei-Wege-Aufteiler 142c bis 142h stellen primär den Phasenabfall zu den Rändern hin ein: hier bedeutet „Abfall zu den Rändern hin" ein Amplituden- oder Phasenprofil über die Antennenelemente 148U1 bis 148L6. Der Aufbau des Netzes 140 ist symmetrisch mit sich wiederholenden Funktionsblökken, und lässt sich relativ leicht optimieren. Es kann auch leicht an verschiedene Anzahlen von Antennenelementen angepasst werden, indem die Anzahl von Aufteilern und Hybridkopplern verändert wird. Es hat relativ wenige Aufteiler in Bezug auf die Anzahl der Antennenelemente in der Gruppe 140.
8a ist ein Vektordiagramm von Speisesignalen, die von dem Netz 140 jeweils für die Antennenelemente 148U1 bis 148U6 erzeugt werden: die Wirkungen der Phasenschieber 146U1 bis 146L6 wurden aus praktischen Gründen ignoriert. Horizontale, vertikale und geneigte Pfeile wie etwa 160, 162 und 164 zeigen gleichphasige Komponenten, um 90° phasenverschobene Komponenten beziehungsweise tatsächliche Signalvektoren an Antennenelementen an. Umkreiste Bezugsnummern 1 bis 6, wie etwa 166, bezeichnen nebeneinanderliegende Signalvektoren und gehören jeweils zu den Antennenelementen 148U1 bis 148L6. Äquivalente Vektoren (nicht gezeigt) für Speisesignale für Antennenelemente 148L1 bis 148L6 in der unteren Hälfte der Antenne 148 erhält man, indem man jeden vertikalen Pfeil 160 von der horizontalen Achse 168 nach unten statt nach oben weiterlaufen lässt, das heißt, ein entsprechendes Spiegelbild der Signalvektoren 164 durch Spiegelung an der horizontalen Achse 168 erzeugt. Die 8a zeigt, dass das Netz 140 Speisesignale für Antennenelemente mit korrekt progressiver Phase über die Antenne 148 erzeugt. Optimale Leistungsfähigkeit der Antenne 148 erhält man, wenn ein maximaler Neigungswinkel entsprechend der Ausprägung der maximal zulässigen Nebenkeule ausgewählt wird. Die Teilungsverhältnisse werden dann so ausgewählt, dass sie eine lineare Phasenfront für diesen maximalen Neigungswinkel ergeben.
8b ist ein vollständiges Vektordiagramm, das 8a entspricht, aber Vektoren von Speisesignalen für Antennenelemente zeigt, die mit durchgezogenen Pfeile, wie etwa 169, für die gesamte Gruppenantenne dargestellt sind.
Nun wird auf die 9 bis 12 Bezug genommen. 9 zeigt eine Anordnung 180 eines einzelnen 180°-Hybridkopplers 182, der Eingangssignale A und B mit zwei gleichen Spannungsamplituden Va und Vb empfängt, die eine relative Phasenverschiebung von Φ zueinander haben. Diese Spannungen erhält man, indem man eine einzelne Spannung V an einem Eingang 184 nimmt, sie in 186 in zwei gleiche Spannungen aufteilt und eine der resultierenden Spannungen durch einen variablen Phasenschieber 188 weiterleitet. Der Hybridkoppler 182 erzeugt Summen- und Differenzausgangssignale A + B und A – B aus den Eingangssignalen A und B.
10 ist ein Vektordiagramm der Vektoren +A, +B, –B, A + B und A – B, wobei die letzten beiden gestrichelte Linien sind. Weil A und B gleich sind, können +A, +B und –B als Radien eines Kreises 200 dargestellt werden, der der Kreis ist, in den das Dreieck aus den Vektoren +A, +B und A + B einbeschrieben ist. Da sie gleich und entgegengesetzt sind, liefern die Vektoren +B und –B zusammen einen Durchmesser des Kreises 200, und durch die Geometrie liegt ein Durchmesser in rechtem Winkel zu anderen Punkten auf dem Kreis, wie etwa zu einem Ursprung 0. Die Vektoren A + B und A – B verbinden den Ursprung 0 mit den jeweiligen Enden des Durchmessers +B/–B, folglich haben die Vektoren A + B und A –B einen rechten Winkel zueinander (oder 90° relative Phasenverschiebung), unabhängig von dem Wert der Phasendifferenz Φ zwischen +A und +B.
11 zeigt, wie die relativen Größen von A + B und A – B (gestrichelte Linie) variieren, wenn ihre relative Phasendifferenz Φ von –180° über 0° auf +180° verstellt wird: A + B läuft sinusförmig von 0 bis 1 auf 0, und A – B geht mit dem Kosinus von 1 über 0 auf 1. 12 zeigt, wie die Phasen von A + B und A – B (gestrichelte Line) variieren, wenn Φ von –180° über 0° auf +180° verstellt wird: A + B läuft von –90° auf +90°, und A – B läuft anfänglich von 0° bei Φ = –180° bis +90° bei Φ = 0°, und geht abrupt auf –90° über, wobei es durch 0° läuft, und danach ändert es sich langsam bis auf Null bei Φ = +180°.
Die Erfindung, die eine Steuerung für die elektrische Neigung schafft, ist die folgende. Wie schon gesagt wurde, ist das Steuersignal zu jedem Antennenelement 148U1 usw. in 6 ein Vektor, der als P + jQ geschrieben werden kann. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Eingangsvektoren A und B (oder den Spannungen Va und Vb) Null ist, das heißt, Φ = 0, ist das Differenzausgangssignal A – B von allen Hybridkopplern 110 usw. ebenfalls Null, wie in 11 gezeigt ist. Wenn die Antenne nicht geneigt ist, haben folglich die Speisesignale zu allen Antennenelementen 148U1 usw. dieselbe Phase, die Phase „ohne Neigung", und in P + jQ ist Q = 0.
Wenn die Phasendifferenz zwischen den Vektoren A und B steigt, zeigt 11, dass die Differenzausgangssignale aus den Hybridkopplern steigen, während die Summenausgangssignale fallen. Der Wert von Q steigt deshalb, während der Wert von P fällt. Folglich ändern sich die Phasenwinkel der Speisesignale für jedes Antennenelement 148U1 usw. Eine progressiv ansteigende Phasenfront über die einzelnen Elemente wird erreicht, indem die Antennenelemente (z. B. 148U1/148L1), die progressiv näher an der Zentrallinie 150 liegen, progressiv kleinere Werte von P haben, und progressiv größere Werte von P für Antennenelemente (zum Beispiel 148U6/148L6), die pro gressiv weiter von der Zentrallinie 150 entfernt liegen. Ein Teil der Speiseleistung für die Antenne wird deshalb von dem Zentrum der Antenne 148 an ihre Enden verlagert. Dies wird durch geeigneten Anschluss der Ausgänge der Hybridkoppler 110 bis 114 erreicht.
Folglich speist in 5 von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Hybridkoppler der zentrale Hybridkoppler 112 die Antennenelemente 124U2 und 124L2, die auf halber Strecke zwischen einem Zentrum der Antenne, das als eine gestrichelte Linie gezeigt ist, und Endelementen 124U3/124L3 der Antenne 124 liegen, während die anderen zwei Hybridkoppler ganz links, 110 und 114, jeweils „vertauschte" Differenzausgangssignale A – B haben, das heißt, mit einem vierten oder sechsten Hybridkoppler 116 oder 120 verbunden sind, die die Ausgangssignale A + B der anderen Hybridkoppler (114 oder 110) empfangen. Diese Anordnung verlagert gleichphasige Leistung (Komponente des P-Vektors) von dem Zentrum zu den Enden der Antenne 124, wodurch eine progressive Phasenfront erreicht wird.
11 zeigt, dass sich die Phase der Differenzausgangssignale der Hybridkoppler um 180° ändert, in Abhängigkeit davon, ob die Phasendifferenz zwischen den Vektoren A und B positiv oder negativ ist. Dies stellt sicher, dass eine progressive Phasenfront über die Antenne existiert, unabhängig davon, ob die Antenne nach oben oder nach unten geneigt ist.
Die Ausführungen dieser Erfindung, die beschrieben wurden, verwenden 180°-Hybridkoppler. Sie können z. B. durch 90°-Hybridkoppler mit 90°-Phasenverschiebung und das Hinzufügen von 90°-Phasenschiebern ersetzt werden, um dieselbe Gesamtfunktionalität zu erhalten, aber dies ist weniger praktisch.
Die Beispiele nach der Erfindung, die mit Bezug auf die 3 bis 12 beschrieben wurden, wurden bezüglich der Funktionsweise beim Senden diskutiert. Alle Komponenten sind jedoch in Gegenrichtung einsetzbar, und diese Beispiele können auch als Empfänger arbeiten. Hybridkoppler und Phasenschieber können in Gegenrichtung betrieben werden, und Aufteiler werden im Umkehrbetrieb Überlagerer, wie es beim Empfang erforderlich ist.

Claims

Gruppenantennensystem mit steuerbarer elektrischer Neigung, das eine Antenne (124) mit mehreren Antennenelementen (124U1 bis 124L3) enthält, die eine Antennenkeule bereitstellen, wobei das System (40) folgendes umfasst: a) Einrichtungen (42, 44, 46), die zwei Basissignale mit variabler relativer Verzögerung zueinander bereitstellen, b) Aufteilungseinrichtungen (106a, 106b) zum Aufteilen der Basissignale in Signalkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das System (40) aufweist: c) erste Umwandlungseinrichtungen (110 bis 114) zum Umwandeln in der Signalkomponenten in transformierte Komponenten mit Leistungen, die mit der relativen Verzögerung variieren, und d) zweite Umwandlungseinrichtungen (116 bis 120) zum Umwandeln der transformierten Komponenten in Steuersignale für Antennenelemente mit Phasen, die von Antennenelement (z. B. 124U1) zu Antennenelement (z. B. 124U2) zunehmend über die Antenne (124) variieren, wenn die Antennenkeule elektrisch geneigt wird, und die einzeln variieren, wenn die relative Verzögerung variiert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umwandlungseinrichtung aus mehreren hybriden Hochfrequenz koppeleinrichtungen, Hybridkoppler (110 bis 114), besteht, die dazu eingerichtet sind, Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten aus beiden Basissignalen hat.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umwandlungseinrichtung aus mehreren 180-Grad-Hybridkopplern (110 bis 114) besteht, die dazu eingerichtet sind, Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten aus beiden Basissignalen hat.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Paar Signalkomponenten von gleicher Größe hat, aber die Größe jeder Komponente von jedem Paar nicht gleich der von einem anderen Paar ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridkoppler erste Hybridkoppler (110 bis 114) sind, und die zweite Umwandlungseinrichtung mehrere zweite Hybridkoppler (116 bis 120) enthält, die dazu eingerichtet sind, Steuersignale für Antennenelemente zu erzeugen.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilungseinrichtung eine erste Aufteilungseinrichtung (106a, 106b) ist, und die zweite Umwandlungseinrichtung (116 bis 120) eine zweite Aufteilungseinrichtung (142c bis 142h) enthält, die dazu eingerichtet ist, die Summen und Differenzen in Komponenten für die Eingabe in die zweiten Hybridkoppler (144₄ bis 144₉ ) aufzuteilen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufteilungseinrichtung (106a, 106b) dazu eingerichtet ist, jedes der Basissignale in drei Signalkomponenten aufzuteilen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufteilungseinrichtung aus mehreren Zwei-Wege-Aufteilern (142c bis 142h) besteht.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es derart eingerichtet ist, dass alle Signalpfade, die sich von der Bereitstellungseinrichtung des Basissignals zu den entsprechenden Antennenelementen erstrecken, dieselben Anzahlen und Typen von Komponenten enthalten.
Verfahren zum Steuern der elektrischen Neigung eines Gruppenantennensystems (40), das eine Antenne (124) mit mehreren Antennenelementen (124U1 bis 124L3) zur Bereitstellung einer Antennenkeule enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von zwei Basissignalen mit variabler relative Verzögerung zueinander, b) Aufteilen des Basissignals in Signalkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch umfasst: c) Umwandeln der Signalkomponenten in transformierte Komponenten mit Leistungen, die mit der relativen Verzögerung vanieren, und d) Umwandeln der transformierten Komponenten in Steuersignale für Antennenelemente mit Phasen, die von Antennenelement (zum Beispiel 124U1) bis Antennenelement (zum Beispiel 124U2) zunehmend über die Antenne (124) variieren, wenn die Antennenkeule elektrisch geneigt wird, und die einzeln variieren, wenn die relative Verzögerung variiert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) mit mehreren Hybridkopplern (110 bis 114) realisiert ist, die dazu eingerichtet sind, Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten von beiden Basissignalen hat.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) mit mehreren 180-Grad-Hybridkopplern (110 bis 114) realisiert ist, die dazu eingerichtet sind, Summen und Differenzen von Paaren von Signalkomponenten bereitzustellen, wobei jedes Paar Signalkomponenten von beiden Basissignalen hat.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Paar Signalkomponenten von gleicher Größe hat, aber die Größe von jeder Komponente des Paars nicht gleich der eines anderen Paars ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridkoppler erste Hybridkoppler sind, und Schritt d) mit mehreren zweiten Hybridkopplern (116 bis 120) realisiert ist, die dazu eingerichtet sind, die Steuersignale für die Antennenelemente zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilen in Schritt b) ein erstes Aufteilen ist, und ein zweites Aufteilen in Schritt d) realisiert ist, um die Summen und Differenzen in Komponenten für die Eingabe in die zweiten Hybridkoppler (116 bis 120) aufzuteilen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aufteilen jedes der Basissignale in drei Signalkomponenten aufteilt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Aufteilen mehrere Zwei-Wege-Aufteilungen sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Signalpfade, die von Signalen bei ihrer Umwandlung von relativ zueinander verzögerten Basissignalen zu Steuersignalen für Antennenelemente in den Schritten b), c) und d) durchlaufen werden, dieselbe Anzahl und Typen von Komponenten enthalten.